1982—2020年黄河流域多时间尺度气象干旱对植被影响

[目的]深入研究黄河流域不同时间尺度的气象干旱对植被的时空响应特征,为生态保护、水资源管理和气候变化适应性提供宝贵信息,能够减轻干旱引发的环境和经济问题。[方法]基于黄河流域1982—2020年的标准化降水蒸散指数SPEI和归一化植被指数NDVI,采用逐像元线性回归模型、Sen’s趋势分析和Mann-Kendall检验等方法研究黄河流域不同时间尺度气象干旱的时空分布特征及其对植被影响。[结果](1)1982—2020年黄河流域呈不显著的变干趋势,不同时间尺度SPEI变化趋势为负值的区域主要集中在黄河流域的西部龙羊峡至兰州区域、黄河流域的南部及河套平原周围区域。(2)黄河流域多年平均植被覆盖度的空间分布特征呈南高北低、由东南向西北递减的趋势,研究区内植被覆盖度呈显著增加的区域(61.94%)大于植被覆盖度呈显著减少的区域(5.43%)。(3)黄河流域大部分地区干旱状况与植被状态呈正相关,流域内呈显著正相关区域主要集中在黄河流域西北部和最北端区域,说明这些区域的植被受干旱的影响最为严重。(4)草地和耕地对6个月时间尺度的干旱响应最强,林地和未利用地较其他土地类型更易受长期干旱影响。4种地貌...     

基于NDVI和scPDSI研究1982－2015年中国植被对干旱的响应

随着气候变化与人类活动的加剧,中国干旱频繁发生且影响不断加剧,探索干旱对植被生长的影响对研究生态系统如何应对干旱具有重要意义。基于中国1982-2015年改进帕尔默干旱指数（scPDSI）与归一化植被指数（NDVI）数据,分析植被对干旱的响应规律及敏感性。结果表明：1）在中国西北地区、内蒙古地区、东部地区及青藏高原南部地区,短滞时（1-3月）scPDSI与NDVI的相关性较大（Rmax>0.4）,南方湿润地区降水充沛,植被对干旱的响应不敏感（Rmax<0.3）,其生长主要受能量因素控制;2）年均水分盈亏量、降水量、日照时数和气温对植被与干旱的关系影响较大,其中年均水分盈亏量是主要控制因子;3）不同植被类型对干旱的敏感性有较大差异,敏感排序为草地>林地>耕地。研究结果可为中国不同区域干旱对植被生长影响评估提供科学依据。     

内蒙古地区干旱时空变化特征及其对植被的影响

基于MODIS实际蒸散量(ET)和潜在蒸散量(PET)产品反演作物缺水指数(CWSI),采用多种统计方法研究干旱时空变化特征及其对植被生长的影响。结果表明:多年平均干旱程度由西南向东北逐渐递减,农作物主要以轻旱和中旱为主,草原主要以中旱和重旱为主,荒漠主要以重旱为主;除针叶林和沼泽外,其他植被类型旱情缓解;干旱年内变化特征呈双峰型曲线,且在Day113~Day144干旱最为严重,表现为重旱;各植被类型年内变化特征与全区变化趋势相一致,均呈双峰型曲线;夏旱对植被生长的胁迫作用最强,而年平均干旱强度对植被生长的胁迫作用主要由夏旱主导;春季灌丛、夏季和秋季农作物对干旱的响应较为敏感。研究结果可为内蒙古植物群落的生态预警和生态修复提供理论参考。     

基于SPEI和NDVI的中国流域尺度气象干旱及植被分布时空演变

近些年中国干旱灾害频频发生且其影响不断加剧,因此探讨干旱对植被生长的影响对农业生产具有重要的意义。该文基于标准化降雨蒸散指数(standard precipitation evapotranspiration index,SPEI),应用Mann-Kendall(MK)趋势分析方法研究了流域尺度的气象干旱格局;利用新一代归一化植被指数(normalized different vegetation index,NDVI)分析了植被的生长状况;并探讨了SPEI和NDVI的相关性,结果表明:1)1982-2012年间,SPEI值在各时间尺度上都呈现为微弱下降趋势,即为微弱的干旱化;在空间上,干旱化趋势主要分布于东北、黄土高原和西南地区,而西北地区则呈现出明显的湿润化趋势;2)全国年及各季(冬季除外)NDVI序列均呈现上升趋势,空间上其下降趋势主要出现在西北内陆和东北地区部分流域,上升趋势则因季节而异;3)在年时间尺度上,SPEI与NDVI的相关分析表明,209个流域中有56个通过正相关检验(P0.05),主要分布在新疆北部、华北以及东北地区,负相关主要分布在秦岭淮河以南地区,气象干旱对植被生长的影响在干旱半干旱地区表现得更加明显。研究结果可为中国流域尺度干旱影响评估提供参考依据。     

1982-2015年中国植被NDVI时空变化特征及其驱动分析

在全球气候变化背景下,多数研究关注植被年际变化趋势及其对降水和气温的响应而忽略了辐射因子的影响。探究不同植被类型对季节性多气候要素（降水、气温和辐射）的响应规律,并量化人类活动对植被的影响,对中国生态环境保护具有现实意义。该研究基于AVHRR NDVI3g遥感数据、CCI全球土地覆被数据和ERA5-Land数据,采用多元线性回归模型和残差分析等方法,从区域和全国尺度上分析1982-2015年中国植被NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）时空变化特征,研究其对季节性气候变化和人类活动的响应。研究结果表明：1）中国的植被变化在空间上具有明显的区域特征,呈现出自东南向西北递减的趋势,变化率范围为-0.016～0.029/a。2）根据Hurst指数分析,80.62%的植被处于持续稳定变化状态。草地和林地的变化趋势趋于不稳定,易受气候变化和人类活动的影响。3）准噶尔盆地、青藏高原以及内蒙古锡林郭勒盟等区域的植被NDVI与气温和太阳辐射呈负相关性,而在云贵高原、黄土高原南部、四川盆地等地区表现为正相关性。4）残差分析结果表明,干旱导致新疆准噶尔盆地和内蒙古中部等干旱区植被退化,而温度和辐射增加是促进东部沿海平原、黄土高原南部、四川盆地和云贵高原西南部等地区植被改善的主要原因。21世纪以来人类活动逐渐加强,包括黄土高原水土保持和退耕还林工程、阿拉善荒漠治理、沿海城市群和东北工业基地的建设等。具体表现为内蒙古阿拉善高原、黄土高原中西部和北部以及华南大部分地区植被改善,东北大、小兴安岭、长白山东部和长江三角洲地区植被退化。该研究对植被变化及其驱动因素的研究,可识别植被退化区,为将来生态修复工程的实施和生态文明建设提供理论依据,助力区域绿色可持续发展。     

1901-2017年黄土高原地区气候干旱的时空变化

[目的] 分析1901-2017年和1981-2010年两个时间尺度黄土高原地区气候干旱的趋势变化和发生频率，为该区气候干旱应对策略的制定提供科学依据。[方法] 基于高空间分辨率长时间序列的气候数据，计算了黄土高原地区1901-2017年的标准化降水蒸散指数（SPEI），依次分析了该区气候干旱的趋势变化和发生频率。[结果] 1901-2017年，整个黄土高原的气候经历了"湿润-干旱-湿润-干旱"的交替过程，年SPEI变化趋势未达到显著性水平，且无显著突变年份。1981-2010年干旱呈显著加剧趋势的区域分布在黄土高原腹地以及中西部，面积比例为3.43%。1901-2017年干旱呈显著减轻趋势的区域主要分布在东、西部边缘区域，面积比例为1.05%；呈显著加剧趋势的区域分布在西北部，面积比例为4.16%。近30 a，黄土高原中部轻旱、重旱发生频率较高。在历史时期的两个时间段内，黄土高原西北部大部分地区重旱发生频率较低，未有极端干旱发生。[结论] 在黄土高原地区，随着干旱程度的不断加重，干旱频率的空间变异程度逐渐降低；不同等级干旱发生频率具有明显的空间变化特征。     

1982-2015年中国北方草地NDVI时空动态及其对气候变化的响应

了解草地覆盖动态在生态环境保护和建设上有重要意义.基于GIMMS NDVI3g数据、气象数据和高程数据分析了1982—2015年中国北方草地NDVI时空动态及对气候变化的响应.结果表明:(1)1982—2015年中国北方草地NDVI以增加趋势为主(占76％),增速为0.002/10 a.其中,坡地草地的增加速率最大(增...     

西南地区植被NPP对多尺度气象干旱的响应

[目的] 为研究植被对不同时间尺度干旱的响应机理,明确西南地区极端干旱事件频发对植被生长产生严重的负面影响。[方法] 基于西南地区2001—2019年的NPP数据和1~24个月连续尺度的SPEI数据,采用相关分析法、最大值合成法及显著性检验等方法探究西南地区不同地貌类型植被NPP对多尺度SPEI的响应特征,并分析不同植被类型NPP对多尺度SPEI响应的差异性。[结果] (1)在年际、季节及生长季尺度,植被NPP与1~24个月尺度SPEI的响应均以1－3月尺度占主导,表明植被NPP对短期干旱变化具有较好的响应,不同地貌分区响应时间表现出差异性。(2)空间上,植被NPP与1~24个月尺度SPEI的最大相关系数呈明显的异质性和季节性差异。年际相关性表现出从东南—西北呈显著正相关—显著负相关的变化趋势,季节相关性表现为夏季均以显著负相关占主导,春季、秋季和冬季均以显著正相关占主导,表明西南地区的夏季温度高且湿润,使植被生长受限,生长季正、负相关关系的区域面积比例相差不大,且呈显著正相关面积最大的地区为广西丘陵,呈显著负相关面积最大的地区为若尔盖高原。(3)不同植被类型NPP对1~24个月尺度SPEI的响应具有一定差异,尽管草地、灌丛、林地对SPEI的响应特征基本相似,但所有植被类型NPP在夏季随SPEI尺度的缩短呈负相关趋势越强烈。表明在夏季高温干旱条件下,各种植被类型都更易受到干旱的影响。[结论] 研究结果为西南地区生态系统的保护和修复提供有效的科学支撑,同时,为防灾减灾及应对气候变化提供重要的理论依据,有助于制定更具针对性的政策和措施,推动西南地区的可持续发展。     

基于SPEI的1961-2012年东北地区干旱演变特征分析

基于1961-2012年东北地区65个气象站逐日降水、气温、相对湿度、实际水汽压、风速和日照时数资料,计算标准化降水蒸散指数（SPEI）,并对SPEI指数评价实际干旱的能力进行验证,采用M-K趋势检验和正交经验分解函数等统计方法,分析近52a东北地区年、季尺度的干旱演变特征.结果表明：SPEI指数可以表征东北地区的干旱特征;1961-2012年,全区年SPEI指数呈现明显的阶段性特征,20世纪60年代后半段、70年代后半段和90年代后半段-21世纪初的3个时段发生了连续干旱,中西部地区是干湿变化异常敏感的地区.东北地区春季干湿状况变化趋势不明显,但在2003年以后出现变湿态势,夏、秋季有不显著的干旱化态势,20世纪90年代中期以后秋季干旱化态势明显增强,黑龙江省西南部和吉林省西部地区秋旱加强态势较其它地区明显;冬季21世纪全区趋于变湿,变湿态势较明显的地区位于吉林省中西部和辽宁省北部.     

山东省干旱时空分布特征及其与ENSO的相关性

基于山东省15个气象台站1964—2010年的逐月降水和平均气温资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量分析了山东省不同时间尺度干旱发生频率,利用Mann-Kendall非参数检验法和Arcgis软件,对近50年山东省干旱的时空变化趋势进行分析。为了研究厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)对山东省干旱的影响,运用连续小波(CWT)、交叉小波变换(XWT)和小波相干谱(WTC)分析SPEI与ENSO指数(多变量ENSO指数,MEI)的相关关系和周期特征。结果表明:多时间尺度的SPEI值可以较好地反映山东省的干旱情况;不同时间尺度的SPEI值随时间变化的敏感性存在明显差异,时间尺度越小,变化幅度越大。近50年山东地区呈现明显的增暖趋势,其中东部增温最为显著,降水减少和温度升高使山东气候趋于"暖干化",加剧山东省干旱程度。空间变化趋势上,山东省年SPEI和山东省年降水的空间分布具有一致性,总体有西部变湿润、东部变干的趋势。在干旱发生时间尺度上,月尺度干旱发生频率高于年尺度干旱发生频率,四季中春、秋季干旱最为严重。春旱和秋旱以鲁西和鲁西北平原发生频率最高,各地区之间差异明显。ENSO暖事件时,山东易旱;ENSO冷事件时,干旱减少。SPEI存在1~2.5 a尺度的年际振荡周期特征,呈现了与MEI指数相似的变化特征。高能量区,SPEI和MEI存在5~6 a的共振周期,SPEI较MEI提前1~2个月;低能量区,SPEI与MEI存在3~3.8 a呈负相位的共振周期。     

Responses of Vegetation Activity to Drought in Northern China

With the third‐generation normalized difference vegetation index and a multiple‐timescale drought index [standardized precipitation and evapotranspiration index (SPEI)], the relationships between vegetation activity in the growing season and drought occurrences during various seasons and at different timescales were investigated in northern China. Although poorly understood previously, knowledge of these relationships is crucial for climate, vegetation and hydrological studies. Our results show that over the past three decades, vegetation activity during the growing season was significantly correlated (p  < 0⋅05) with drought occurrences over 78⋅5% of northern China and highly significantly correlated (p  < 0⋅001) in semi‐arid regions. In addition, there were spatially variable responses of vegetation activity to the seasonality of drought events across northern China. When drought events occurred in pre‐season in the northern part of Inner Mongolia and Heilongjiang, parts of Shaanxi and Shanxi, and the western part of Xinjiang, they appear to have impacted vegetation activity, as indicated by the short and medium timescales of the drought indices (SPEI‐3 and SPEI‐6, with 3 and 6 months of accumulation, respectively). In the eastern part of Inner Mongolia, eastern part of Gansu and Qinghai, and southern parts of Ningxia, droughts during the growing season played a key role in vegetation growth, as recorded by the drought indices at all four timescales (SPEI‐3, SPEI‐6, SPEI‐12 and SPEI‐24). In addition, we also observed spatial variations in the responses of vegetation activity to droughts in northern China. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄土高原植被变化对气象干旱多尺度响应特征与机制

基于黄土高原1983—2015年间的植被状况指数(VCI)与1~48个月尺度的标准化降水蒸散发指数(SPEI)和标准化降水指数(SPI),利用Pearson相关系数法、线性回归法和Mann-Kendall趋势检验法等方法研究了黄土高原地区植被对气象干旱的多时间尺度时空响应特征。结果表明:(1)1983—2015年,黄土高原植被状况整体趋于改善,但黄土高原整体干湿状况变化趋势不大。(2)黄土高原绝大部分区域植被变化与气象干旱指数呈现显著正相关关系,表明植被活动受到水分的限制较强。但是,过去几十年,黄土高原地区植被受到水分限制的影响程度有逐渐减轻的趋势。(3)黄土高原植被对短时间尺度的水分盈亏变化相对敏感,尤其是耕地和草地对1~4个月的SPEI更为敏感,而林地对SPEI的响应时间尺度较为分散。黄土高原VCI与SPEI、SPI的最大相关系数均主要出现在生长季(4—10月),表明水分条件在生长季对植被活动的影响较为显著。     

东北地区自然植被火动态特征及其对干旱的响应

[目的]研究2002—2017年东北地区自然植被火的发生发展及其对干旱的响应规律,从而为区域火管理、火险等级预报和森林资源保护提供科学依据。[方法]基于MODIS公开的数据产品和改进帕默尔干旱指数(scPDSI),采用统计学方法,分别季节和年际尺度,分析东北地区自然植被火动态特征,探寻其对干湿状况的响应规律。[结果]①在季节尺度上,春季和秋季是森林和草地火的多发期,草地火次数在春季和秋季呈显著增加趋势;②在年际尺度上,森林火次数以18次/a的速度呈显著下降趋势,平均过火面积呈弱上升趋势,草地火次数以36次/a的速度呈极显著上升趋势,平均过火面积呈弱下降趋势;③火次数和过火面积分别与scPDSI呈线性负相关与指数负相关;④随着干旱程度的加深,森林和草地火的平均次数和平均单次过火面积都有增加的趋势。[结论]干旱可能会增加东北地区自然植被的起火次数和单次过火面积。     

不同时间尺度下气象干旱向水文干旱传播过程

利用黔中地区1970—2016年逐月降水以及径流计算标准化降水指数（SPI）和标准化径流指数（SSI）,分别表征气象、水文干旱,采用游程理论等方法分析了该地区不同时间尺度的气象水文干旱动态变化特征,并以交叉关联函数以及干旱传播阈值等方法探求不同时间尺度上气象干旱向水文干旱传播时间。结果表明：（1）黔中地区气象水文干旱化态势以上升趋势为主,重度和极端干旱发生的频数增加,长时间尺度上,气象与水文干旱特征具有一定的同步性。（2）不同季节上干旱传播时间（PT）不同,春季PTs在1~5个月,夏季PTs在1~3个月,秋季PTs在1~4个月,冬季PTs为1~3个月。（3）在地形地貌影响下,不同时间尺度的PTs不同。3个月时间尺度下,阳长、高车和麦翁的PTs为1.36,2.00,1.58个月;6个月时间尺度下,PTs为2.75,2.55,3.00个月;12个月时间尺度下,PTs为3.33,2.56,7.17个月。     

区域植被对不同时间尺度气象干旱的响应——以贵州省为例

为探究贵州省植被生长变化趋势对多时间尺度气象干旱的响应,基于2001—2020年的逐月MODIS-NDVI、EVI影像和气象数据,利用皮尔森相关系数、slope趋势性分析等方法,对贵州省20 a的植被生长状况及气象干旱时空变化特征进行了分析。结果表明:(1)贵州省不同时间尺度下的SPEI在整体上呈现出缓慢增加趋势,表明干旱程度有所降低; 空间分布上干旱化趋势表现在北部的遵义、铜仁及黔西南地区。(2)贵州省植被生长状况整体呈现出增加趋势,空间分布上的黔东南地区以降低趋势为主,毕节西部地区以增长趋势为主;(3)贵州省植被生长状况与不同时间尺度的气象干旱呈现出不同程度的正相关性,以贵州省植被在黔西南和北部地区对干旱的响应最强,其次为贵阳和毕节东部; 不同的土地利用类型中,草地对SPEI₃的响应最强,其次为耕地和林地; 生长季内的不同植被类型对SPEI₃和SPEI₁₂的响应较强。综上,贵州省植被和气象干旱时空分布特征存在一定的差异性,且不同植被类型对不同时间尺度气象干旱的响应情况也有所差别。     

基于日光诱导叶绿素荧光探测植被光合对气象干旱的响应

干旱是世界范围内最常见、最复杂的气象灾害,一定程度上会削弱陆地生态系统的碳汇功能。开展植被对干旱响应的研究并选择敏感的干旱探测因子,有助于掌握干旱对植被的影响规律、理解植被对干旱胁迫的响应过程和机理。本研究以日光诱导叶绿素荧光（SIF）数据和标准化降水蒸散发指数（SPEI）为基础,利用最大相关系数法分析中国区域内2000-2018年生长季植被光合对气象干旱的响应,比较不同干旱梯度、不同植被对干旱响应的敏感性以及SPEI响应时间尺度的变化特征。结果表明：（1）SIF与SPEI具有很好的相关性,显著正相关的面积达到75.05%,主要分布在东北、西南和青藏高原地区,且大部分地区对SPEI的响应时间尺度以中短期为主。（2）SIF在春季对SPEI显著相关的区域占比最少,夏季达到最高,秋季又略有下降。对干旱响应的时间尺度在春季以短期为主,而夏季响应时间尺度长的区域较春季有所增加。（3）半干旱区对干旱的敏感性最强,干旱区最弱,不同气候区对干旱的响应时间尺度均以短期为主。（4）研究所选植被类型均能较早地对干旱做出响应,其中,草地对干旱最敏感,林地和农田相对较弱,阔叶林比针叶林对干旱更敏感。研究结果表明...     

基于植被状态指数的甘肃省2000—2019年干旱时空特征分析

农业发展受干旱影响极为敏感。为了为制定科学的应对措施和干旱缓解措施提供科学依据,利用NDVI作为基础数据,将植被状态指数(VCI)作为表征干旱的指标,通过分析VCI的变化趋势、计算干旱频率和干旱面积占比、分析VCI与降水量的相关性,探讨2000—2019年不同空间尺度甘肃省干旱的时空分布特征,并且结合土地利用类型分析了不同用地类型发生不同程度旱情的可能性。结果表明:甘肃省农业干旱高发于春季,其次是秋季; 空间上以全域性干旱为主,即研究时段内甘肃省干旱面积占比大于50%为主,并呈现西北高东南低的空间格局; 植被状态指数与当月降水量的相关系数最大,达到了0.827; 林地和草地发生干旱的比例最低,未利用地发生干旱的比例最高。综上,甘肃省旱情以全域性干旱为主,且时空分布不均,整体旱情呈现逐渐缓解的趋势。